生物质炭对水稻土团聚体微生物多样性的影响

生物质炭施用对土壤微生物群落结构的影响已有报道,但土壤团聚体粒组中微生物群落对生物质炭施用的响应的研究还相对不足。以施用玉米秸秆生物质炭两年后的水稻土为对象,采用团聚体湿筛法,通过高通量测序对土壤团聚体的微生物群落结构与多样性进行分析,结果表明:(1)与对照相比,生物质炭施用显著促进了大团聚体(2000—250μm)的形成,并提高了团聚体的稳定性。(2)不同粒径团聚体间微生物相对丰度存在显著差异。在未施生物质炭的处理(C0)中,随着团聚体粒径增大,变形菌门、子囊菌门、β-变形杆菌目、格孢腔菌目的相对丰度逐渐降低,而酸杆菌门、担子菌门、粘球菌目、类球囊霉目的相对丰度逐渐升高。(3)生物质炭施用显著改变了团聚体间的微生物群落结构。与C0处理相比,生物质炭施用处理的大团聚体中变形菌门、鞭毛菌门和β-变形杆菌目的相对丰度分别显著提高了14.37%、33.28%和33.82%;微团聚体(250—53μm)中酸杆菌门、子囊菌门和粘球菌目的相对丰度分别显著降低了20.15%、19.93%和17.66%;粉、黏粒组分(53μm)中担子菌门的相对丰度升高90.25%,而子囊菌门和鞭毛菌门的相对丰度分别降低12.15%和12.58%。由此可见,生物质炭不仅改变土壤团聚体组成和分布,同时伴随着土壤微生物群落结构的改变。     

稻草还田对水稻土固氮基因(nifH)组成结构和多样性的影响

以中国科学院桃源农业生态试验站长期定位施肥试验为平台,选取稻草还田(C)、氮磷钾(NPK)、氮磷钾加稻草还田(NPK+C)和不施肥对照(CK)4个处理,在晚稻的分蘖期、孕穗期和成熟期分别采集土样,利用实时定量PCR (Q-PCR)和末端限制性片段多态性(TRFLP)等分子生物学方法研究长期稻草还田对水稻土含nifH基因固氮微生物群落丰度、组成和多样性的影响.结果表明:与对照相比,稻草还田和单施化肥处理均显著增加nifH基因的丰度(分蘖期除外),NPK+C处理中含nifH基因的微生物数量最高;nifH基因组成也受到长期施肥的影响,其中CK处理nifH基因组成与各施肥处理明显不同,C与NPK处理间nifH基因组成存在一定差异,而NPK与NPK+C处理间无显著差异.长期施肥不会引起含nifH基因微生物群落多样性的显著改变.可见,稻草还田不仅引起nifH基因群落的组成发生变化,而且导致其数量显著增加,因而可增加土壤的固氮能力.     

生物炭对香蕉苗根际土壤微生物群落与代谢活性的影响

采用盆栽培养香蕉小苗,以生物炭与土壤的不同比例混合作为培养基质。3个月后采集香蕉苗根际土壤,采用稀释平板菌落计数法测定微生物数量;采用BIOLOG-ECO技术分析香蕉苗根际土壤微生物群落。结果显示,生物炭的施加能够显著增加土壤中微生物数量,生物炭低量(C1)施加对真菌、放线菌的数量就有明显提高,最高分别达到12.1×103cfu/g、10.2×104cfu/g。较高生物炭的施加量(C2、C3)显著提高细菌、氨化细菌和固氮菌数量,最高分别达到8.8×106cfu/g、4.5×103cfu/g、17.0×105cfu/g。BIOLOG-ECO分析表明,生物炭的施加提高了微生物群落平均颜色变化率(Average well color development,AWCD),多样性指数和碳源利用丰度。生物炭的施加提高了香蕉苗根际微生物对碳源的利用能力。在同一时期,微生物对不同碳源的利用能力均表现为C3处理组最高,CK较低。结果表明,生物炭的添加对提高香蕉苗根际土壤微生物群落数量,改善微生物群落构成和代谢具有显著作用。     

艾比湖湿地盐节木土壤固氮微生物群落结构和丰度的环境异质性特点

【背景】新疆艾比湖湿地国家自然保护区作为国内最典型的温带干旱区湿地荒漠生态系统,对于富集生物多样性、平衡生态环境等方面存在着非凡的意义。目前关于艾比湖湿地根际与非根际土壤固氮微生物群落结构和丰度的相关研究还未见报道。【目的】通过分析新疆艾比湖湿地盐节木根际和非根际土壤固氮菌nifH基因的群落结构和丰度的环境异质性特点,及探讨微生物群落对国内极端干旱区脆弱敏感的艾比湖湿地生态系统循环过程中的作用,为改善荒漠化的艾比湖湿地环境提供理论依据。【方法】采用构建克隆文库和q-PCR的方法,并利用冗余分析法(Redundant analysis,RDA)探究土壤理化性质与固氮微生物群落结构及丰度的相关性。【结果】艾比湖湿地盐节木非根际土壤中nifH的多样性高于根际土壤,盐节木根际土壤的nifH序列优势种属主要为固氮根瘤菌属(Azorhizobium)和脱硫弧菌属(Desulfovibrio);非根际土壤的nifH序列优势种属主要是固氮弧菌属(Azoarcus)、太阳杆菌属(Heliobacteriummodesticaldum)和脱硫弧菌属(Desulfovibrio)。盐节木根际土壤nifH数量为4.08×104copies/g,盐节木非根际土壤中nifH的数量为5.52×103copies/g,根际土壤nifH的丰度高于非根际土壤。相关性分析显示,根际土壤的优势类群和丰度与硝态氮(NO3--N)、速效氮、总钾、含水量等因子显著相关,非根际土壤的优势类群和丰度与硝态氮(NO3--N)、速效氮、总磷、总钾、总氮呈显著相关。【结论】在盐节木根际土壤中nifH的丰度高于非根际土壤,而多样性则低于非根际土壤,而且硝态氮(NO3--N)、速效氮、总磷可能会影响固氮微生物的群落结构和丰度,这些特点为湖泊湿地的退化恢复提供理论和数据基础。     

施肥制度对水稻土壤nosZ型反硝化细菌群落的影响

由含氧化亚氮还原酶(NOS)的反硝化细菌驱动的氧化亚氮(N2O)还原成氮气(N2)的过程是N2O排放的重要调控途径。为探明施肥对稻田土壤nosZ型反硝化细菌群落的影响,采用荧光定量PCR和高通量测序等方法,研究了湖南省宁乡县长达30年的定位试验条件下4种施肥制度[不施肥(CK)、化肥(CF)、70%化肥+30%有机肥(CFM1)和40%化肥+60%有机肥(CFM2)]对水稻土壤nosZ型反硝化细菌数量和群落结构的影响。结果表明:不同施肥处理nosZ基因丰度为2.14×10~8～6.09×10~8copies·g~(-1)干土,施肥处理nosZ基因拷贝数比对照低47.3%～64.8%(P0.05),但不同有机肥配施比例处理间nosZ基因拷贝数差异不显著;变形菌门是优势门水平类群,占总序列的60.2%～77.5%; Bacteria_unclassified、Proteobacteria_unclassified、Betaproteobacteria_unclassified和根瘤菌目为优势目水平类群,占总序列的93.6%～95.9%。施肥显著降低了Proteobacteria_unclassified的相对丰度(P0.01),但显著提高了根瘤菌目、environmental_samples和红环菌目的相对丰度(P0.05);施肥显著改变nosZ型反硝化细菌的群落结构,但有机肥配施比例对其影响较弱;除碳氮比外,其他土壤理化性质均显著影响nosZ型反硝化细菌的数量和群落结构,其中,硝态氮和土壤p H是驱动nosZ型反硝化细菌群落变化的主要因子;施肥显著影响nosZ型反硝化细菌数量和群落结构,有机肥配施比例对nosZ型反硝化细菌群落的影响较弱,研究结果为进一步阐述施肥制度对土壤反硝化微生物的影响提供依据。     

香蕉假茎生物炭对根际土壤细菌丰度和群落结构的影响

【目的】将香蕉假茎生物炭施加到土壤,探讨香蕉假茎生物炭对香蕉根际土壤微生物的影响。【方法】以香蕉假茎生物炭(BPB)0、1%、2%、3%的质量比与土壤均匀混合。盆栽培养3个月后分离香蕉根际土壤。采用16S rRNA高通量测序技术对根际土壤细菌群落结构和丰度进行表征。【结果】提高BPB施用量可增加土壤有机质、有效钾、有效磷含量,提高土壤pH值,但降低有效氮浓度。在1%BPB样品中获得2278个OTUs,其显示细菌群落中的最大多样性。施加3%的BPB处理土壤,拟杆菌门、疣微菌门和厚壁菌门的相对丰度显著增加;放线菌门、酸杆菌门、芽单胞菌门明显减少。主成分分析发现,1%BPB和2%BPB处理的样本之间土壤细菌群落相似。【结论】施加不同比例BPB改变了根际土壤中细菌丰度和群落结构,且高比例添加改变更加明显。     

稻草还田对水稻土固氮基因(nifH)组成结构和多样性的影响

以中国科学院桃源农业生态试验站长期定位施肥试验为平台,选取稻草还田(C)、氮磷钾(NPK)、氮磷钾加稻草还田(NPK+C)和不施肥对照(CK)4个处理,在晚稻的分蘖期、孕穗期和成熟期分别采集土样,利用实时定量PCR(Q-PCR)和末端限制性片段多态性(T-RFLP)等分子生物学方法研究长期稻草还田对水稻土含nifH基因固氮微生物群落丰度、组成和多样性的影响.结果表明：与对照相比,稻草还田和单施化肥处理均显著增加nifH基因的丰度(分蘖期除外),NPK+C处理中含nifH基因的微生物数量最高;nifH基因组成也受到长期施肥的影响,其中CK处理nifH基因组成与各施肥处理明显不同,C与NPK处理间nifH基因组成存在一定差异,而NPK与NPK+C处理间无显著差异.长期施肥不会引起含nifH基因微生物群落多样性的显著改变.可见,稻草还田不仅引起nifH基因群落的组成发生变化,而且导致其数量显著增加,因而可增加土壤的固氮能力.     

海南新村湾泰来草内生细菌与内生固氮菌的多样性与群落结构研究

内生菌对宿主植物的生长、发育、健康状态具有重要影响。通过构建克隆文库解析泰来草不同营养器官中内生细菌、内生固氮菌的群落组成和结构。从表面消毒的不同泰来草组织中提取DNA, 基于16S rRNA和固氮基因nifH分别构建克隆文库, 分析泰来草不同营养器官内生细菌和内生固氮菌的群落结构特征。新村湾泰来草共获得内生细菌分类单元(Operational Taxonomic Units, OTUs) 162个, 根、地下匍匐茎、叶分别含有72、45、52个OTUs, 其中α-变形杆菌和γ-变形杆菌是优势类群, 其相对丰度分别约为48.34%—62.72%和8.41%—33.21%。内生固氮菌OTUs 90个, 根、地下匍匐茎、叶的OTUs数分别为59、19、27个, α-变形杆菌是优势类群, 在根、地下匍匐茎和叶中所占的比例分别约为47.73%、48.99%和67.65%。泰来草不同组织部位内生细菌和内生固氮菌具有丰富的多样性, 但是各个组织部位的优势菌存在差异, 其中, 根的内生细菌群落丰富度最高, 叶的多样性最高; 内生固氮菌群落的丰度和多样性最高的是根。另外, 层级聚类分析和非度量多维尺度分析结果显示, 泰来草根、地下匍匐茎和叶片三者的内生细菌、内生固氮菌群落结构均具有显著差异(R = 1, P ≤ 0.01。本初步研究成果可为挖掘海草功能微生物提供新的视野, 进一步将其应用于海草床的生态修复中。     

生物炭与炭基肥对采煤塌陷复垦区土壤硝化和反硝化微生物群落的影响

作为一种新型土壤改良剂,生物炭对土壤微生物群落的影响已有报道,但在采煤塌陷复垦区土壤氮循环微生物群落对生物炭添加的响应鲜有报道。以生物炭和炭基肥为添加材料,以淮北地区塌陷复垦土为供试土壤,通过室外盆栽试验,采用荧光定量PCR(qPCR)和末端限制性片段长度多态性(T-RFLP)技术,研究不同生物炭处理的土壤硝化和反硝化微生物的菌群变化。试验共设5个处理:对照(CK)、常规化肥(CF)、炭基肥(BF)、2%生物炭配施化肥(LB)和4%生物炭配施化肥(HB)。结果表明: 与CK处理相比,各施肥处理均显著提高了土壤氨氧化古菌(AOA)、氨氧化细菌(AOB)、反硝化细菌nirK和nirS基因丰度。与CF处理相比,生物炭和炭基肥处理显著提高了AOB和nirK基因丰度,增幅分别达到42.9%～82.1%和33.5%～62.7%。冗余分析表明,土壤有机碳、pH、NH₄⁺-N和速效钾是显著影响AOB群落结构的主要因子,而土壤有机碳、pH和NO₃^--N含量是影响nirK型反硝化细菌群落结构的关键因子。因此,施用生物炭与炭基肥能改良采煤塌陷复垦区土壤质量,提高硝化和反硝化微生物丰度,并改变AOB和nirK型反硝化细菌群落结构。     

“99%难培养”微生物的概念与初步评价：以固氮菌为例

【目的】以固氮菌为例,厘清"99%难培养"的概念,定量评价土壤中可培养固氮菌的比例。【方法】直接提取土壤中所有微生物DNA,同时,利用传统微生物富集技术获得固体和液体培养基第一代和第二代菌体及其DNA,高通量测序nifH和16S rRNA基因,通过系统发育分类方法,明确固氮菌富集物的物种组成及可培养比例。【结果】文献分析表明,"99%难培养"并未有严格的定量实验证据,是"平板计数异常"的同义词,即采用显微计数法的微生物数量远高于平板计数法。针对典型旱作潮土中的固氮菌,微生物属水平的nifH基因分析发现,可培养固氮菌占比为(22.4±4.5)%–(28.4±6.3)%,而16SrRNA的结果为(31.6±3.4)%–(41.4±13)%。nifH基因分析发现土壤中固氮菌共67属,其中39属可在固体和液体培养形成菌落,但仅有4属得到显著富集,固体培养基富集了Proteobacteria门Azotobacter属,相对丰度高达(98.2±0.94)%;而液体培养基极显著富集了Firmicutes门的Paenibacillus和Clostridium属,相对丰度高达(76.7±3.9)%和(21.7±4.0)%。16S rRNA基因分析发现,土壤中所有固氮菌共计14门、255属,其中248属可在固体和液体培养基形成菌落被培养,但高达6门、226属尚未获得纯菌株或固氮生理报道,并且固体培养基仅显著富集了Proteobacteria门6个属;液体培养基则富集了Firmicutes门5个属。【结论】"99%难培养"是"平板计数异常"的同义词。nifH基因发现土壤中58.2%固氮菌属可培养;而16S rRNA基因则发现高达97.3%固氮菌属可在培养基上形成菌落,但其中91.1%的固氮菌尚未获得纯菌株或固氮生理报道。同时,绝大部分固氮菌为数量占弱势的稀有属,69.5%的nifH基因属丰度0.1%;而78.5%的16S rRNA基因属丰度0.1%,导致传统富集培养传代过程中,定向富集了常见的Proteobacteria和Firmicutes门的固氮菌,遗漏了绝大部分已形成菌落但尚未被分离纯化的固氮菌属。"不可培养"微生物的表述并不合理,未来亟需创新培养策略,定向分离传统培养基上被遗漏的微生物,获得更多"难培养"或"尚未培养"微生物。